山地学报

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邓伟, 戴尔阜, 贾仰文, 陈洪松, 熊东红, 石培礼

2015, 33(05): 513-520. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000064

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我国是一个多山的国家,山地面积约占陆域国土的65%1),其地理环境的差异性和复杂性,以及人类活动的强烈性,导致山区人地关系具有鲜明的特殊性。山地是具有多样功能的自然综合体,发挥着资源供给、生态服务、环境调节等不可替代的功能,是国家生存与发展重要的自然基础。生态文明建设和国家全面建成小康社会,使得山地问题越发得到广泛关注,山区发展越发得到重视。本文结合国家重点基础研究发展计划(973计划)项目"典型山地水土要素时空耦合特征、效应及其调控",主要介绍该项目研究围绕国家重大需求,以水土要素为核心,研究其时空耦合的差异性和资源、生态效应,通过水土耦合格局、过程的机理揭示,回答对应的科学问题,为山区国土空间的优化与调控提供科学依据。

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川中丘陵区小流域土地利用变化和泥沙来源示踪的δ~(13)C技术

高进长, 朱虹, 龙翼, 张信宝, 朱波, 唐强, 刘秀明

2015, 33(05): 521-527. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000065

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在2010年和2011年,采集长江上游川中丘陵区万安沟小流域塘库沉积泥沙、河床沉积泥沙、不同土地利用类型的表层土壤,应用δ13C技术研究小流域土地利用变化和泥沙来源。结果表明:森林坡地、弃耕坡地和耕种梯田的表层土壤δ13C值分别是-26.40‰,-25.91‰和-25.81‰,非常相近,说明土壤有机物δ13C主要是占主导地位C3植物的残留物,而C4植物玉米对土壤有机物δ13C值几乎没有影响。结合δ13C值和土地利用变化分析,土壤和沉积泥沙δ13C值是土地利用状况的良好指示因子,较低δ13C值(-26‰)表明丘陵坡地森林覆盖率较高,而较高δ13C值(-24.30‰)则说明森林覆盖率较低。δ13C技术只有在沉积泥沙主要来源是土壤有机物的条件下,才能定量评价沉积泥沙的不同来源。由于当地沉积泥沙有机物是土壤有机物、生物碎屑和生活污水的混合物,采用δ13C指标示踪泥沙来源的可靠性受到影响,但可以肯定地说,δ13C技术对定量评价沉积泥沙的来源是有帮助的。

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紫色丘陵区典型小流域非点源磷迁移特征

沈茜, 唐家良, 朱波

2015, 33(05): 528-537. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000066

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通过对居民点、林地、坡耕地等土地利用类型的小型集水区(亚流域)径流磷形态与通量的定位监测,研究了紫色丘陵典型小流域的非点源磷流失特征。结果表明,居民点在降雨量4 mm即可产流,林地与坡耕地的产流临界降雨量为20 mm。居民点的降雨径流响应迅速,径流与降雨峰值基本同步;林地和坡耕地产流时间延迟,径流峰值较降雨延迟20~120 min。居民点、坡耕地和林地的次降雨平均径流深分别为22.4、12.3、9.5 mm,径流系数分别为0.36、0.17和0.09,泥沙流失量分别为136.2、73.5和48.6 kg/hm2。居民点和林地径流的总磷(Total P-TP)、颗粒态磷(Particulate P-PP)浓度在径流过程中迅速达到峰值后陡然下降;坡耕地径流的TP、PP浓度呈多峰变化。居民点径流的可溶性磷(Dissolved P-DP)浓度随径流量增大而减少;林地径流的DP浓度逐渐增加;坡耕地DP、磷酸盐(PO3-4-P)浓度较低且波动较小。居民点小雨、中雨、大雨和暴雨等雨型下的TP流失负荷分别为42.6、136.3、190.0、1 245.6 g/hm2,平均负荷为403.6 g/hm2,林地与坡耕地在中雨、大雨和暴雨等雨型下的TP流失负荷分别为3.5、3.9、90.6和6.6、10.2、210.6 g/hm2,二者的平均负荷为32.7和75.8 g/hm2。降雨量越大,磷流失负荷越高,暴雨条件下的TP流失负荷最高。居民点的磷流失负荷远高于坡耕地和林地,表明居民点的径流污染是非点源污染控制的关键源。

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祁连山中段青海云杉林土壤养分特征

齐鹏, 刘贤德, 赵维俊, 牛赟, 张仁陟

2015, 33(05): 538-545. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000067

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为揭示祁连山亚高寒山地森林植被建群种之一的青海云杉林地土壤养分的化学计量特征,采用野外取样与室内分析相结合的方法,对青海云杉林1 hm2样地进行土壤剖面取样,论述其有机碳、全氮、全磷和全钾含量及其化学计量特征。结果表明:1)0~60 cm土深有机碳、全氮、全磷和全钾含量的变化范围为42.81~88.15 g/kg、3.04~5.45 g/kg、0.54~0.73 g/kg和20.13~30.47 g/kg,均值大小分别为63.70 g/kg、3.80 g/kg、0.59 g/kg和23.99 g/kg,有机碳和全氮含量变异性较大,而全磷和全钾含量变异性较小。随土层深度增加,有机碳和全氮含量在30 cm土层以下含量趋于稳定,而全磷和全钾含量较稳定。2)0~60 cm的C/N、C/P、C/K、N/P、N/K和P/K分别为11.97~23.33、69.23~160.76、1.77~3.91、5.17~8.28、0.12~0.25和0.02~0.04,均值大小分别为17.03、109.63、2.67、6.46、0.16和0.02,C/N、C/P、C/K、N/P、N/K比都较稳定,P/K比很稳定。随土层深度增加,土壤C/P、C/K、N/P和N/K较C/N和P/K比变异明显,C/P与C/K比和N/P与N/K比主要受碳、氮元素含量的影响。3)全量养分有机碳、全氮和全磷彼此之间呈极显著正相关(P<0.01),与全钾呈显著负相关(P<0.05),除全磷与C/N比呈极显著负相关外(P<0.01),有机碳、全氮、全磷与化学计量比均呈极显著正相关(P<0.01),全钾与化学计量比无显著相关。

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天山北翼坡向对森林分布的影响

贺文慧, 张百平, 庞宇, 赵芳, 齐文文, 张朔

2015, 33(05): 546-552. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000068

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坡向对山地森林的空间分布有重要影响,在干旱区尤其如此。天山山地处于西北干旱区,其山地森林的研究过去多集中在南北翼森林的简单对比,而在更详细的中小尺度上,森林沿坡向梯度的连续变化缺乏定量化的分析。以天山北翼中段为研究区,利用1∶5万DEM和SPOT5遥感图像解译,分析山地森林上下限和面积在全坡向的变化规律。结果表明:1.研究区内97.4%的森林分布在海拔1 600~2 690 m;2.森林上限分布在2 691~2 790m,最高值出现在东坡,最低值出现在西南坡,森林上限随坡向变化不明显;森林下限分布在1 371~1 600 m,最高值出现在西南坡,最低值出现在南坡,森林下限的分布和河谷密切相关;3.森林分布面积在北坡最大,阳坡分布面积非常小,在全坡向范围内呈现"U"型分布,西坡森林面积略大于东坡;但在森林分布的上部(>2 700 m)及下部(<1 600 m),森林面积东坡略高于西坡。

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祁连山大野口流域森林水源涵养功能监测

张宏斌, 牛赟, 王荣新, 吕东

2015, 33(05): 553-559. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000069

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根据祁连山寒区旱区的冻土冻融和融雪消融等生态现象的地域特色,充分利用祁连山大野口流域的历史监测以及现有生态监测设施仪器的优势,选择大野口流域为试验流域,沿着降水在森林生态系统中的传输途径,阐明了降水、林冠及树干截留、苔藓枯落物截留、土壤水分及温度、积雪消融、冻土冻融、土壤蒸发、河川径流、林分立地条件、林分气象因子、林分结构、苔藓枯落物结构、土壤特性等13个指标的试验监测方法;探讨了特征参数统计、多元函数回归和相关系数等分析方法的应用。本研究有助于深刻认识流域生态系统对于人类社会发展和维持生态安全的水文服务潜力,为发展和完善森林生态水文学提供研究成果和试验数据,为解决森林生态系统保护建设与开发利用水资源中潜在的林水矛盾提供参考和科学依据。

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基于离散元方法的高速远程滑坡碎屑流新型防护结构

毕钰璋, 何思明, 付跃升, 王忠福, 闫帅星

2015, 33(05): 560-570. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000070

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高速远程滑坡碎屑流以其极高的动能和超远的位移而著称,往往对其危害范围内的构筑物和人类活动等造成严重的破坏。其高速远程效应机理一直是国内外学者研究的热点,但其防灾减灾工程在目前仍没有形成一套完善的体系。基于此,采用2D离散元模型对四川绵竹清平文家沟地震滑坡引发的碎屑流及其运动过程进行了详尽研究。数值模型对现实模型进行了一定的简化。通过数值模拟实验,验证了实际工况下的文家沟碎屑流运动情况,并在此基础上研究了不同摩擦系数条件下的碎屑流堆积情况以及三种形状的防护结构体(重力式挡墙、倾斜式结构体、月牙形结构体)对碎屑流的耗能能力。通过研究发现:人工防护结构体可以很好地耗散碎屑流的动能;多层防护结构可以提高对碎屑流动能的耗散能力:月牙形结构体对于控制碎屑流滑程有明显的优势。所得结论对今后类似的研究具有一定的参考价值。

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基于DDA的斜坡地震动响应分析

刘勇, 王运生, 罗永红

2015, 33(05): 571-578. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000071

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深切谷坡浅表部卸荷裂隙发育,风化强烈,致使浅表层成为非连续介质及介质性质差异,地震动响应由此变得复杂。基于此,对适用于分析岩质边坡运动过程的不连续分析方法(DDA)进行改进,实现了地震波从模型底部输入,将其应用到四川青川东山斜坡中,通过与地震波的实地监测数据对比,揭示了高程、地形、山脊宽度以及"丁"字形山体等因素对地震波峰值加速度(PGA)放大的影响:相对谷底,当坡度一致时随高程增加地震波会出现放大,在坡折部位,由于地震波的反射及折射作用,PGA会得到放大,放大倍数达3.16倍;垂直单薄山脊方向上水平PGA放大明显,达4.64倍;"丁"字形山脊结合处,PGA放大倍数减小,约2倍。用改进后的DDA还模拟了四川汶川映秀"飞来石"临空抛射过程,认为"飞来石"形成的主要原因是斜坡中部古河道堆积物与单薄山脊的介质性质差异引起的放大效应。

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汶川地震灾区泥石流的诱发降雨阈值

郭晓军, 范江琳, 崔鹏, 严炎

2015, 33(05): 579-586. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000072

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系统收集和整理、分析了汶川地震灾区2008—2011年的160次泥石流事件和其对应的降雨过程,发现不同降雨因子对泥石流的发生所起的作用有所差异,超过77%的泥石流都是由暴雨激发,说明直接降雨因子,如当次降雨量和峰值雨强是诱发泥石流的最关键因子。通过各种降雨阈值方法的结果比较,发现不同区域各种降雨参数对泥石流发生的影响程度不同,因此用于泥石流预报的降雨指标不同,应采用的预报模型和临界阈值也不同。对于崇州市,可选用峰值雨强作为预报指标;汶川县可选用当次降雨量作为预报指标,对于其他地区,适宜用多因子模型(I-R和I-D)进行预报;相比较而言,绵竹、都江堰等地区的泥石流受前期降雨的作用影响较为明显,因此最适宜用峰值降雨强度和有效前期降雨关系(I-RT模型)进行预报。个别地区的阈值年度变化显示地震灾区泥石流的降雨阈值呈回升趋势,但远远未恢复至地震之前的水平。研究可为地震灾区的泥石流预警预报研究做出贡献。

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岷江上游土地利用类型对泥石流灾害的敏感性

丁明涛, 王骏, 程尊兰, 庙成

2015, 33(05): 587-596. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000073

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根据概率统计模型的运算特性,通过对模型参数进行适当修正,由此改进了泥石流灾害敏感性计算模型。选取岷江上游为研究区域,利用RS和GIS技术,提取2005年、2009年、2013年6类土地利用类型[耕地、林(草)地、裸地、城乡建筑用地、水域、冰川]。针对传统模型的不足,运用改进模型定量分析研究区内不同坡度级别、不同岩性条件下土地利用类型对泥石流灾害的敏感性。研究发现,当坡度为25°~45°时,林(草)地、裸地、城乡建筑用地对泥石流的敏感性较大,在第四系、志留系和泥盆系地层中,耕地及城乡建筑用地对泥石流的敏感性较大。对比分析表明,此改进模型在不同影响因素条件下均表现较好,其计算结果更加准确。

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基于优化组合赋权法的都汶高速沿线泥石流危险度评价

韩玫, 胡卸文, 梁敬轩

2015, 33(05): 597-602. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000074

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2013-07-10,持续强降雨导致汶川地震灾区都(江堰)汶(川)高速公路沿线的桃关沟、七盘沟等多处暴发大规模群发性泥石流灾害(简称"7·10"灾害),大量泥沙冲毁或淤埋民居、工厂厂房和都汶高速公路,造成直接经济损失达数亿元。为了科学评价泥石流危害性,对"7·10"暴发的9条典型泥石流沟选取流域面积、流域切割密度、一次冲出规模、沟道纵坡坡降、流域内物源动储量、年平均降雨量、堵塞系数等7个影响因子,分别根据灰色关联度法、熵值法和二项系数法得出各自权重值,然后采用优化组合赋权法推算出各影响因子的组合权重值。在此基础上建立危险性评价数学模型,计算出各沟危险度,结果显示与泥石流的现状和发展趋势相吻合。

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河南栾川“7·24”泥石流特征及成因

邵莲芬

2015, 33(05): 603-610. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000075

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2010-07-24,河南省栾川县境内普降暴雨,引发多处泥石流灾害(简称"7·24"泥石流),造成重大人员伤亡和财产损失。对泥石流的分布、类型、静动力学特征、灾害和损失进行总结,在此基础上,从降雨、地形和物源条件对泥石流成因进行了分析。结果表明:"7·24"泥石流分布范围主要沿着雨量高值区、地貌过渡区、人类活动区展布,泥石流类型多样,危害严重。丰富的前期降雨量,极高的日降雨量和短历时高雨强是泥石流的激发因素,充足的前期降雨量可以极大削弱物源地岩土体的强度。大部分泥石流沟的山坡坡度和沟床比降属于泥石流易发范围,说明栾川县的地形条件有利于泥石流的形成。区内泥石流物质来源丰富,通过"表观物源量"指标对物源进行分区发现,物源主要集中在区域性断裂和人类活动区附近。"7·24"泥石流是有利的地形、充足的物源和高强度的降雨共同作用的结果。

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G213线都汶路豆芽坪坡面泥石流及其防治方案

柳金峰, 游勇, 陈晓清, 陈兴长

2015, 33(05): 611-618. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000076

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以G213线都(江堰)汶(川)公路豆芽坪坡面泥石流为研究对象,通过野外考察,查明了泥石流的灾害史及灾情;通过航片解译及现场勘查,对"5·12"汶川地震造成的松散物源进行了估算;在分析泥石流防治现状与危害性的基础上,提出了泥石流防治的思路及土工工程设计方案。豆芽坪流域存在大量松散固体物质,通过估算,松散物源总储量184.8×104m3,可能参与泥石流活动的动储量为26.5×104m3。今后在强降雨作用下仍会暴发泥石流,对其进行工程治理是非常必要的。泥石流的治理思路为"固床稳坡,截水归流,导流保通",工程治理措施可概括为"稳+固+导+截水+排",并在此基础上,对具体的土木工程方案进行了设计。

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近40年来贵州高原典型区土地利用变化及驱动机制

秦罗义, 白晓永, 王世杰, 周德全, 陈伟燕, 罗光杰, 张斯屿, 崔泽银

2015, 33(05): 619-628. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000077

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为了揭示喀斯特地区的土地利用变化过程及其驱动机制,以贵州高原普定县为研究对象,在GIS和RS技术支持下,结合景观指数分析方法,利用1973年MSS,1990年、2002年和2009年TM 4期遥感影像,对土地利用变化的幅度、速度、区域差异和景观格局进行了定量分析。结果表明:1.土地利用结构变化主要为耕地和林草地间的相互转化,主要表现为1990年之前,后者向前者转移,转移比例为28.83%;1990年之后,前者向后者转移,转移比例为16.30%。2.水域和难利用地面积先增加后减少,研究时段内比例分别增加了0.81%和1.14%,建设用地一直呈增加趋势,增加了2.98%。3.景观的破碎度和优势度先增加后减少,但多样性和均匀度先减少后增加。结合驱动力分析表明,研究期内整体可分为3个明显时段,分别为"1990年之前"、"1990—2002年"和"2002年之后",在遥感影像和土地利用图上呈现出生态"恶化"-"好转"-"并存"的特点,同与之相伴的"生态破坏"-"生态治理"-"开发与破坏并存"的人类驱动呈显著相关性。

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基于能值的岷江上游生态经济平衡发展研究

阎晓, 方一平

2015, 33(05): 629-639. https://doi.org/10.16089/j.cnki.1008-2786.000078

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综合考虑生态经济平衡的3个方面(数量、结构和功能),基于能值理论和能值分析法构建生态经济数量平衡指数(Q)、结构平衡指数(S)、功能协调指数(F)及生态经济平衡综合指数(C),对岷江上游五县的生态经济平衡现状展开分析。结果表明:生态经济数量平衡状况以汶川、茂县和理县较好,黑水和松潘较差,这与各县的经济发展水平、土壤侵蚀强度及水电开发规模紧密相关;结构平衡状态以松潘最好,汶川次之,茂县、理县和黑水较差,这与水电开发及土壤流失等因素密不可分;功能协调状态亦以松潘最好,汶川次之,茂县、理县和黑水较差,这归因于各县的产业结构及对外开放程度不同;就生态经济平衡综合水平而言,汶川最好,松潘次之,其他三县较差。鉴于此,岷江上游各县应加强土壤流失防治、控制水电开发规模、调整产业结构并加强对外交流,从而提高系统生态经济平衡水平,推动区域可持续发展。

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封面照片:祁连山的森林和草原

嘉益

2015, 33(05): 640.

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<正>祁连山位于中国西部青海省和甘肃省之间,属青藏高原北缘,由一系列平行排列的山岭和谷地组成,一般海拔3 000~5 000 m。受高原寒冷气候的影响,在海拔4 200 m以上的高山地带终年积雪。因地处欧亚大陆腹地,远离海洋,雪线以下森林成条块状镶嵌分布于广袤草原荒漠之中,被干旱荒漠、半荒漠、草地、沙漠和盐碱荒地所包围。祁连山中森林和草原相互交错,大部分地方阴坡是森林,阳坡是草原,但森林覆盖率总体较低。从生态

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